[發明專利]一種鈉離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910173311.0
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109755543B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 王新;王加義
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 楊秀偉

本發明涉及一種氧化鎳?硫化鎳復合物與石墨烯復合而成的鈉離子電池負極材料及其制備方法。該復合材料具有雙層空心球結構，其制備過程首先制備氧化鎳雙層空心球，再將其部分硫化得到氧化鎳?硫化鎳復合物，隨后利用噴霧干燥將其與石墨烯復合制備而成。本發明所涉及的復合材料可提供更多的氧化活性位點，在高電流密度下獲得更高的比容量，縮短電子和電荷的傳輸路徑，緩解在充放電過程中材料的膨脹，加上良好的機械性能使得該材料擁有良好的循環壽命。本發明將石墨烯與氧化鎳?硫化鎳空心球復合，既能夠增強負極材料導電性，又能夠緩解活性物質在充放電過程中的體積膨脹，提高鈉離子電池電化學性能。

技術領域

本發明的技術方案涉及一種氧化鎳-硫化鎳復合物與石墨烯復合而成的鈉離子電池負極材料及其制備方法，具體涉及一種先制備氧化鎳雙層空心球，再將其部分硫化得到氧化鎳-硫化鎳復合物，隨后利用噴霧干燥將其與石墨烯復合制備而成，屬材料化學領域。

背景技術

在眾多的能量存儲設備中，鋰離子電池因具有高能量密度和長循環壽命等優點，已迅速成為了便攜式電子設備的重要電源。然而，對于大規模的能量存儲，比如電動汽車和電網等相關應用，鋰離子電池卻面臨著巨大挑戰，主要原因是鋰的儲量非常有限(在地殼僅占0.002％)，致使鋰離子電池價格昂貴，很大程度上制約著鋰離子電池的大規模應用。因此，發展用于大規模儲能的新型儲能技術已成為迫切的需求。

鈉與鋰為同一主族元素，具有非常相似的電化學性質，鈉離子電池也能實現可逆充放電過程，而且鈉的儲量非常高(在地殼中約占2 .74％)，因此，鈉離子電池具有鈉資源豐富和成本低廉的突出優勢，被認為是今后在大規模儲能領域可能替代鋰離子電池的最佳候選。然而，與鋰元素相比，鈉元素的相對原子質量較高，導致其理論比容量偏低；同時Na⁺半徑比Li⁺大(Na⁺半徑：0.106nm，Li⁺半徑：0.076nm)，使得Na⁺在電極材料中嵌入/脫嵌更難，造成電池的循環性能差，嚴重制約著鈉離子電池的商業化應用。

發明內容

本發明針對現有鈉離子電池比容量低，循環穩定性差等問題，提供一種鈉離子電池負極材料及其制備方法。

本發明所采用的技術方案是：

一種鈉離子電池負極材料，該材料先制備氧化鎳雙層空心球，再將其部分硫化得到氧化鎳-硫化鎳復合物，隨后利用噴霧干燥將其與石墨烯復合制備而成。

一種鈉離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備氧化鎳雙層空心球：

將葡萄糖溶解于去離子水中，置于反應釜中進行水熱反應，反應完成后隨室溫冷卻，將所得懸浮液離心收集產物，用去離子水洗滌三次后，60℃下干燥得到碳球粉末備用。將碳球粉末和醋酸鎳置于去離子水中，超聲分散30～60分鐘，磁力攪拌1～2小時，置于烘箱中60～80℃烘干，將所得產物置于管式爐中高溫煅燒后隨室溫冷卻制得氧化鎳雙層空心球。

（2）制備氧化鎳-硫化鎳復合材料：

將步驟（1）中制備的氧化鎳雙層空心球置于去離子水中，在攪拌條件下加入硫化鈉和硫代乙醇酸，50～80℃下水浴加熱6～12小時.離心收集產物，并用去離子水洗滌三次，置于烘箱中60～80℃干燥12～24小時收集氧化鎳-硫化鎳復合材料。

（3）制備石墨烯-氧化鎳-硫化鎳復合材料：

取步驟（2）中制備的氧化鎳-硫化鎳復合材料置于石墨烯水溶液中超聲30～60分鐘，將混合溶液通過噴霧干燥處理得到石墨烯-氧化鎳-硫化鎳復合微球。

進一步地，所述步驟（1）中制備碳球粉末所需葡萄糖質量為10～20g，去離子水體積為100～200mL，水熱反應條件為反應溫度180～200℃，反應時間2～4小時；